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In un recente studio pubblicato sulla rivista Scientific Reports, i ricercatori dell’Università di Graz, in Austria, hanno confrontato gli effetti dell’estratto di fumo di sigaretta (CSE) e dell’estratto di vapore di sigaretta elettronica (EVE) sull’integrità della barriera epiteliale, sull’infiammazione e sul danno al DNA nelle cellule polmonari umane.
Barriera epiteliale polmonare ed esposizione al fumo: un approfondimento
Cosa succede all’interno dei polmoni ogni volta che si inala fumo o vapore? Ogni volta che si respira fumo o vapore, l’epitelio delle vie aeree agisce come una barriera per proteggere l’organismo da particelle nocive, sostanze chimiche e altre sostanze potenzialmente patogene.
È stato dimostrato che il fumo di sigaretta danneggia questa barriera ed è fortemente correlato a malattie come la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO). Sebbene vi siano meno prove sugli effetti sulla salute del vapore delle sigarette elettroniche, non è chiaro se le sigarette elettroniche siano meno dannose delle sigarette tradizionali e alcuni studi indicano che potrebbero aumentare lo stress infiammatorio e ossidativo.
Comprendere come l’esposizione al vapore delle sigarette elettroniche o al fumo di sigaretta influisca sul sistema respiratorio è di fondamentale importanza, poiché il danneggiamento della barriera epiteliale può avere conseguenze respiratorie significative; tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per determinare quanto i risultati di laboratorio riflettano gli esiti sulla salute uana.
Disegno dello studio sulle cellule polmonari Calu-3
Lo studio è stato condotto utilizzando cellule epiteliali polmonari umane Calu-3, coltivate in condizioni di laboratorio controllate ed esposte a CSE o EVE. Sono stati impiegati tre approcci sperimentali: sviluppo di strati cellulari, formazione di barriere epiteliali complete e misurazione della permeabilità funzionale mediante sistemi Transwell.
Gli estratti di aerosol sono stati generati facendo passare fumo di sigaretta o vapore di sigaretta elettronica attraverso il terreno di coltura utilizzando un sistema di inalazione standardizzato per garantire condizioni di esposizione uniformi. Le concentrazioni di nicotina sono state quantificate per consentire confronti accurati tra i trattamenti. Le cellule sono state esposte a CSE diluito e a EVE non diluito per intervalli di tempo definiti. L’estratto di sigaretta elettronica è stato generato da un e-liquid non aromatizzato contenente nicotina.
Per valutare l’integrità della barriera cutanea sono state utilizzate misurazioni della resistenza elettrica transepiteliale (TEER) e un test di permeabilità con destrano coniugato con isotiocianato di fluoresceina (FITC). Il Western blotting e la reazione a catena della polimerasi quantitativa in tempo reale (qPCR) sono stati utilizzati per valutare l’espressione proteica e genica dei componenti giunzionali, tra cui claudina-1, occludina ed E-caderina. La risposta infiammatoria è stata valutata mediante l’espressione e la secrezione di interleuchina-6 (IL-6) utilizzando il test immunoenzimatico ELISA.
Il danno al DNA è stato misurato mediante immunocolorazione dell’istone H2AX fosforilato (γH2AX) e test della cometa neutra, che rilevano le rotture a doppio filamento del DNA. Le analisi statistiche hanno incluso l’analisi della varianza (ANOVA) e test non parametrici.
Effetti del fumo di sigaretta (CSE) e dell’estratto di fumo di sigaretta (EVE) sull’integrità della barriera epiteliale e sul danno al DNA
L’esposizione al fumo di sigaretta ha avuto effetti profondi sull’integrità della barriera epiteliale. Le misurazioni della resistenza elettrica transepiteliale (TEER) hanno mostrato una significativa riduzione della resistenza della barriera, indicando una compromissione della coesione cellulare. Questo risultato è stato supportato da un aumento della permeabilità nei test con FITC-destrano, che ha dimostrato come le sostanze nocive possano attraversare più facilmente lo strato epiteliale. È stato inoltre osservato che l’EVE non ha danneggiato la barriera e sembra averne leggermente migliorato la stabilità.
Il fumo di sigaretta ha ridotto l’espressione genica e proteica di componenti chiave del complesso giunzionale apicale, tra cui la claudina-1 e l’occludina, in esperimenti su cellule di barriera mature. In particolare, la diminuzione dei livelli di claudina-1 in seguito all’esposizione al fumo di sigaretta è stata del 45%, indicando che la claudina-1 è probabilmente un componente vulnerabile della barriera epiteliale. L’analisi dei modelli di localizzazione della claudina-1 in cellule esposte al fumo, mediante microscopia confocale, ha dimostrato che la claudina-1 aveva perso la sua normale localizzazione e che si stava aggregando. Le cellule esposte al vapore delle sigarette elettroniche hanno mostrato normali pattern di localizzazione della claudina-1.
Il fumo di sigaretta elettronica (CSE) ha inibito l’espressione della claudina-1 per un periodo più lungo durante lo sviluppo delle barriere, in particolare tra i cinque e i sette giorni. Sebbene anche l’espressione del gene della E-caderina fosse ridotta, i suoi livelli proteici sono rimasti sostanzialmente invariati, suggerendo una regolazione post-trascrizionale. Il fumo di sigaretta elettronica (EVE) non ha alterato significativamente queste proteine strutturali.
Le risposte infiammatorie sono risultate marcatamente elevate nelle cellule trattate con fumo di sigaretta. L’espressione di IL-6 è aumentata fino a dieci volte durante le prime fasi della formazione della barriera ed è rimasta significativamente elevata negli strati cellulari maturi. La secrezione proteica di IL-6 è aumentata di circa 3,5-4 volte dopo un’esposizione prolungata. Al contrario, l’EVE non ha mostrato alcun effetto significativo sui livelli di IL-6 nelle condizioni sperimentali testate.
L’esposizione al fumo di sigaretta (CSE) ha causato danni significativi al DNA e la colorazione con γH2AX ha rivelato un maggiore accumulo di marcatori di danno al DNA nei nuclei cellulari. Il test della cometa neutra ha mostrato un aumento di 2,7 volte delle rotture del filamento di DNA. Al contrario, l’esposizione al vapore delle sigarette elettroniche (EVE) ha portato a danni al DNA molto meno evidenti, senza un aumento significativo delle rotture del filamento di DNA rispetto alle cellule di controllo non trattate nel test della cometa neutra.
È stato inoltre osservato che il fumo di sigaretta danneggia le cellule, ma non solo a causa della nicotina. Il vapore delle sigarette elettroniche ha concentrazioni di nicotina più elevate rispetto alle sigarette tradizionali, il che suggerisce che è probabile che nel fumo di sigaretta siano presenti altri componenti tossici responsabili del danno cellulare osservato.
Implicazioni per la salute respiratoria del CSE rispetto all’EVE
Il CSE ha un impatto negativo sull’integrità della barriera epiteliale polmonare, aumenta l’infiammazione e causa danni al DNA, tutti fattori che possono contribuire ai processi patologici respiratori. Al contrario, l’EVE non ha mostrato effetti avversi significativi su questi parametri in questo modello cellulare Calu-3 nelle condizioni testate.
Sebbene a livello cellulare le sigarette elettroniche sembrino esercitare effetti meno dannosi rispetto alle sigarette tradizionali in questo sistema sperimentale, permangono incertezze sui loro effetti a lungo termine sull’uomo.
Questa è una distinzione importante sia per i singoli individui che per la comunità della sanità pubblica, poiché questi risultati provengono da un modello in vitro e non devono essere interpretati come prova diretta di un miglioramento degli esiti sanitari in vivo.
Gli autori hanno inoltre osservato che l’utilizzo di estratti liquidi anziché l’esposizione diretta all’aerosol, e la sperimentazione di soli liquidi per sigarette elettroniche non aromatizzati, potrebbero limitare la generalizzabilità di questi risultati. Pertanto, sono necessari ulteriori studi che utilizzino sistemi biologici più rappresentativi per valutare gli effetti a lungo termine sulla salute derivanti dall’uso di sigarette elettroniche.
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https://www.news-medical.net/news/20260412/Lab-study-shows-cigarette-smoke-damaged-lung-cells-more-than-e-cigarette-vapor.aspx